本發(fā)明涉及電力電子，尤其是一種制氫變換器電流紋波抑制方法。

背景技術(shù)：

1、統(tǒng)化石能源的大規(guī)模使用，雖然在過去時間里支撐著全球的能源供應(yīng)體系，推動了工業(yè)的飛速發(fā)展與社會的巨大進(jìn)步，但也帶來了一系列嚴(yán)峻的問題。隨著人類對能源的需求持續(xù)攀升，傳統(tǒng)化石能源正面臨著日益枯竭的困境，建設(shè)清潔、低碳、安全、高效的新一代能源體系成為未來能源發(fā)展的必然趨勢。在眾多新型能源中，氫能作為一種清潔的二次能源載體，脫穎而出，展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。氫能具有廣泛的來源途徑，既可以從水資源豐富的電解水過程中獲取，也能從生物質(zhì)、天然氣重整等方式中制取。而且，氫能在使用過程中，產(chǎn)物僅為水，不會產(chǎn)生任何溫室氣體和污染物，實現(xiàn)了真正意義上的綠色環(huán)保。同時，氫能還可以高效地轉(zhuǎn)化為電和熱，為交通、工業(yè)、建筑等多個領(lǐng)域提供清潔動力，應(yīng)用前景極為廣闊。

2、在眾多制氫方式中，電解水制氫備受關(guān)注，它可以實現(xiàn)無co2排放的制氫，是目前較為可行的綠色制氫方式。電解水制氫的原理是利用電能將水分解為氫氣和氧氣，整個過程清潔無污染。然而，要實現(xiàn)高效的電解水制氫，離不開先進(jìn)的設(shè)備支持，其中電解槽是關(guān)鍵組件之一。

3、電解槽要求開關(guān)電源具有低電壓、高電流輸出、高降壓能力、高可靠性、高效率和低電流紋波的特點(diǎn)。高降壓比是電解槽對變流器的主要要求。這是因為電解槽中使用的dc-dc變換器通常具有高輸入側(cè)電壓，并且電解槽的額定工作電壓低。同時，在相同的功率水平下，需要高的降壓比，使變換器滿足低電壓和高電流的要求。低電流紋波是電解槽對變流器的另一個關(guān)鍵要求。電流紋波影響氫氣生產(chǎn)的效率，較大的電流紋波也會導(dǎo)致氫氣流速的不穩(wěn)定，影響儲氫設(shè)備的安全和壽命。因此亟需一種可對電解過程中電流波紋進(jìn)行有效抑制的方法，以提高制氫的效率和安全性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種制氫變換器電流紋波抑制方法，有效抑制電流紋波，降低輸出能力。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種制氫變換器電流紋波抑制方法，所使用的制氫變換器包括三個h橋模塊，每個模塊各由三組開關(guān)管s1-s4、s5-s8、s9-s12，三個濾波電容c1、c2、c3，三個勵磁電感l(wèi)1、l2、l3和一個電壓比為n1、n2、n3的三繞組變壓器組成，能量流動關(guān)系為雙端輸入、單端輸出，端口一為直流電源模塊，接入直流電源作為端口二和端口三的能量輸入端，端口二為電池模塊，接受端口一的能量輸入，同時為端口三輸送能量，端口三為電解槽模塊，接受端口一和端口二的能量輸入，作為負(fù)載端口消耗能量；電流紋波抑制方法具體步驟如下：

3、步驟s1、對端口三的電壓以及負(fù)載端電流進(jìn)行采樣，給定端口二的延遲時間t1_2并分析端口三的電壓波形；

4、步驟s2、在給定的時間分段基礎(chǔ)上，對半個周期內(nèi)的電流進(jìn)行迭代得出端口三輸出電流峰值ipeak；

5、步驟s3、進(jìn)行差分進(jìn)化算法尋優(yōu)，初始化參數(shù)，初始化種群xi，尋找ipeak的最優(yōu)解以及端口一的最佳延遲時間t1_1、端口三和端口三內(nèi)部最佳延遲時間t1_3、t3_3；

6、步驟s4、進(jìn)行參數(shù)自適應(yīng)策略；

7、步驟s5、進(jìn)行變異與交叉，生成試驗解ui，并保留優(yōu)勝者；

8、步驟s6、判斷第g+1代變異是否滿足大于變異的最大代數(shù)，若不滿足，則返回步驟s5重新進(jìn)行變異和交叉；

9、步驟s7、若滿足，則得到最優(yōu)的ipeak，即電流紋波最小值，和端口一的最佳延遲時間t1_1、端口三和端口三內(nèi)部最佳延遲時間t1_3、t3_3。

10、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟s2中端口三輸出電流峰值ipeak計算方式如下：

11、對端口三電壓波形疊加后的時間分段關(guān)系為：

12、t1＝t0+t1_1

13、t2＝t0+t1_2

14、t3＝t0+t1_3

15、t4＝t3+t3_3

16、t5＝0.5*t

17、其中初始時間為t0，對應(yīng)負(fù)載電流的低估值，t1～t4分別為負(fù)載電流波形變化所對應(yīng)的時間點(diǎn)，t5為負(fù)載電流達(dá)到峰值所對應(yīng)的時間；

18、根據(jù)步驟s1中負(fù)載端電流采樣結(jié)果，分析各個時間段負(fù)載電流的表達(dá)式：

19、

20、其中u1為端口一的輸入電壓，u2為端口二的輸入電壓，u3為負(fù)載端的電壓，l13、l23分別為端口一三和端口二三之間的等效電感，計算方式如下：

21、

22、采取迭代求解的方法，結(jié)合以上時間分段關(guān)系，獲得t5時刻對應(yīng)的負(fù)載端電流峰值，

23、

24、t5時刻對應(yīng)的負(fù)載端電流峰值即為ipeak，則ipeak為：

25、

26、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟s3中的差分進(jìn)化算法尋優(yōu)具體過程如下：

27、定義一個基于差分進(jìn)化算法的優(yōu)化問題，目標(biāo)函數(shù)為輸出端口電流的峰值ipeak最小值，約束條件為功率平衡和輸出電流恒定；

28、objective＝min?ipeak(t1-1,t1-3,t3-3)

29、

30、初始化種群，隨機(jī)生成一組控制參數(shù)矢量xi＝di1，di2，di3，其中，i＝1,2，…，np，np表示種群大小。

31、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟s4具體為：為得到最優(yōu)的縮放因子fi和交叉概率cri，提出參數(shù)自適應(yīng)策略，針對端口三拓?fù)涔β势胶饧s束，提出動態(tài)懲罰函數(shù)，將約束違反程度動態(tài)融入目標(biāo)函數(shù)：

32、pin-pout-ploss＝0

33、ipeak_prime(α)＝objective(α)+λ(t)·constraint(α)2

34、其中λ(t)隨迭代次數(shù)t遞增：

35、

36、初始權(quán)重λ0＝103，最終權(quán)重λ(tmax)＝106，動態(tài)調(diào)整機(jī)制在早期允許約束違反以探索全局，后期強(qiáng)制滿足約束；

37、自適應(yīng)策略下的差分進(jìn)化算法中每一代的每個個體i都有獨(dú)立的fi和cri，對于第t代種群中的個體i，其縮放因子為fi，交叉概率為cri，nfi和ncri是試驗個體ui的縮放因子和交叉概率，第t代的nfi和ncri修改如下：

38、

39、目標(biāo)函數(shù)中以10％的概率重新生成fi，確保fi分布在[0.2,0.4]，增強(qiáng)了局部開發(fā)能力；λ(t)以10％的概率重新生成cri，確保cri分布在[0.8,1.0]，使用修改后的nfi和ncri生成第t代種群中第i個個體的試驗個體，第t+1代種群中第i個個體的finext和crinext的修改值如下：

40、

41、僅當(dāng)生成的試驗解優(yōu)于原解時，更新fi和cri，保留成功參數(shù)組合。

42、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟s5具體為：對于種群中每個個體xi進(jìn)行變異操作，隨機(jī)選擇3個不同的個體xr1，xr2，xr3加權(quán)生成新個體vi，對每個個體xi和新個體vi進(jìn)行交叉操作，按照交叉概率cr生成試驗解ui；

43、最后按照貪婪準(zhǔn)則進(jìn)行選擇操作，適應(yīng)度高的個體保留至下一代，具體關(guān)系式如下，

44、

45、其中，i≠r1≠r2≠r3，f為縮放因子，rand()為分布在[0，1]區(qū)間的均勻隨機(jī)數(shù)，cr為在[0，1]范圍的交叉概率，randi(1，d)為分布在[1，d]區(qū)間的隨機(jī)整數(shù)，fit(xi)為xi的適應(yīng)度。

46、本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟s7具體為：判斷g+1是否滿足大于最大迭代次數(shù)gmax，若滿足，則經(jīng)過g代變異、交叉和選擇操作后產(chǎn)生終代種群xg，在xg中篩選出目標(biāo)函數(shù)的最小值個體xbest，該個體中的三個分量即為所求的端口一的最佳延遲時間t1_1、端口三和端口三內(nèi)部最佳延遲時間t1_3、t3_3，此時對應(yīng)的端口三電流峰值ipeak，即負(fù)載端電流紋波達(dá)到最小值。

47、由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是：通過構(gòu)建設(shè)置函數(shù)在端口一和端口三原有的h橋電路上增加了延遲t1_1、t1_3、t3_3，可以明確對最優(yōu)端口三輸出電流峰值進(jìn)行尋優(yōu)，通過進(jìn)行差分進(jìn)化算法尋優(yōu)，可以得到在負(fù)載端口三電流峰值最小時所對應(yīng)的最優(yōu)延遲時間，進(jìn)而實現(xiàn)了輸入電解槽電流紋波的抑制，可以更加準(zhǔn)確、有效、穩(wěn)定的為電解槽提供電流，實用價值好。